应用新材料制备高性能低辐射玻璃
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254-259.
作者介绍 王 烁 wangshuo 1978 年 8 月 16 日 男 河北 工程师 硕士 单 位：天津南玻工程玻璃有限公司（TIANJIN CSG ARCHITECTURAL GLASS CO., LTD.） E-mali：wangs@
徐伯永 xuboyong 1979 年 12 月 6 日 男 四川 工程师 学士 单 位：天津南玻工程玻璃有限公司（TIANJIN CSG ARCHITECTURAL GLASS CO., LTD.） E-mali：cedary@
2 Low-E镀膜的银层电阻率的改良
Low-E玻璃的面电阻是决定着镀膜玻璃的辐射率ε值，面电阻与辐射率的关系可以表示为[1.2]：
ε=0.0129·R□-6.7×10-5 R□2
(1)
Ohm
该式适用于在λ＞3μm 的波长范围内方块电阻值非常低的金属膜层，同时计算值有时会有 2% 的偏差。
根据公式（1）要想获得较低的ε值，就要增加金属层（Ag 层）的厚度，但是提高银层的厚度 必定会降低整个膜层的可见光透过。以我司 CES 高透型产品为例 Ag 层厚度大约为 9nm 左右，其面电 阻测量约为 10Ω。我们为了获得ε值=0.05，需要将银层加厚到约为 18nm，而这样透过率会低于 80%， 同时外观颜色不再表现为中性色。
4 结论
Low-E 镀膜产品及产品性能的改良工作还有很多，我们可以通过选用新型的靶材引入到我们的 产品中去。也可对现有的靶材性能进行更深入的研究，从而来改进低辐射镀膜产品。
参考文献 [1] J.Szczyrbowski，A.Dietrich，K.Hartig，Sol.Energy Mater.19（1989） [2] J.Szczyrbowski，A.Dietrich，K.Hartig，Sol.Energy Mater.16 （1986） [3] J.Szczyrbowski，K.Schmalzbauer，J.Phys.F：Met.Phys. 16（1986） [4] A.F.Mayadas，M.Shatzkes，Phys.Rev.B 1 （1970）1382 [5] J.Szczyrbowski，G.Bräuer，M.Ruske，H.Schilling，A.Zmelty Thin Solid Films 351（1999）
表1
可见光透过率 （Tv）
玻面a*值
玻面b*值
面电阻 （R□）
辐射率 （ε）
～80
～2
～7
～9
≤0.13
可以看出此结构的高透产品已经跟不上现在对建筑镀膜玻璃的要求，特别是热学性能要求，众
所周知影响玻璃热学性能的主要是镀膜玻璃的辐射率ε值，如何在保证透过及颜色变化不大的情况
下提高玻璃的辐射率一直是我们研究的重点。
这种物质具有很强的抗腐蚀、抗机械划伤、抗高温的性能，目前往往沉积一层几纳米厚的 Si3N4 作为 最外层膜[5]。
具有高折射率的材料还有 Bi2O3，其真以用在底层介质 层起到减反射的作用，除了这个特性以外它还可以把玻璃表面的水膜或微观缺陷覆盖起来，同时能 遮盖住其他镀膜材料从侧面偶尔能观察到的“红雾”效应。因此底层材料我们也可以选用 Bi2O3。
3 新结构膜层的设计
要想获得较高的可见光透过以及较低的室外面反射，底层的氧化介质层应该选用尽可能高的折 射率。TiO2 这种材料由于具有较高的折射率因此成为 Low-E 膜系设计的首选，但是对于对称膜系设 计，由于 TiO2 这种物质抗机械划伤能力较差而且由于它高折射率其表面的缺陷很容易显现出来。因 此不适合作为最外层使用。而对于不对称膜层设计理论来说要求最外层介质折射率为 1.8 同时底层 介质折射率为 3.2 最佳，我们可以设计以下两种膜层结构：
A．g/ TiO2/ZnO/Ag（13.5nm）/NiCr/ Si3N4 B．g/ SnO2/ZnO/Ag（10nm）/NiCr/ SnO2 此两种结构通过试验比较我们发现，最外层的厚度变化（均变化 5%）相同的情况下，B 结构玻 面颜色波动较 A 结构玻面颜色波动大，因此 B 结构对于大面积磁控溅射生产不易控制。同时 Si3N4
徐伯永 王烁 天津南玻工程玻璃有限公司 天津 301700
摘 要 本文针对目前广泛使用在低辐射镀膜技术中的靶材 ZnO、TiO2 和 Si3N4 对低辐射玻璃辐射率 的影响做了介绍。同时还介绍了一种高性能低辐射镀膜的膜层设计：玻璃/ TiO2/保护层/Ag/保护层 / Si3N4，该膜层设计可以获得较为稳定的光学参数特别是外观颜色。同时膜面的颜色均匀性稳定。 因此这种设计在工业大规模生产中有着重大的意义。 Summery This paper presents the results of the recently developed silver based low emissivity coating on glass with sputtered ZnO、TiO2 and Si3N4.The new layer system comprises: Glass/TiO2/Barrier/Ag/ Barrier/. Experimental measurements show that the optical properties of the developed system are very stable, especially the outside color appearance. At same time the film side optical properties are also very stable. This is of extraordinary interest in the industrial scale mass production. 关键词 大面积镀膜 低辐射镀膜 磁控溅射 Key words Large area coating low emissivity coating Magnetron sputtering
1 常规膜层设计
使用磁控溅射方式制备低辐射镀膜产品以有20多年的应用历史了，最常用的结构是将很薄的金 属层镀制在两层有较高折射率的介质层之间。
z SnO2（ZnO）/ Ag / Barrier（NiCr或Ti）/ SnO2（ZnO） 使用SnO2薄膜做底层材料首先由于其具有较高的折射率同时也被用在最外层主要由于对外界的 化学侵蚀也表现出较强的抵抗能力。但由于其微观结构为柱体多孔结构，对空气中的水和硫化物有 很强的渗透性和扩散效果，从而导致薄膜的耐久性退化。此外，薄膜与薄膜之间，薄膜与基板表面 吸附水分也会减少表面能，表面能的降低使得膜层更易剥落，抗划伤能力减弱。 这里的阻隔层常使用NiCr或Ti等金属主要起到两个作用：保护银层不被下一个步骤氧化同时与 外层氧化物提供更好的结合力。 此类膜系为高透系列，其光学及辐射率如下
面 电 阻 （
）
ZnO 厚度（nm）
图 1 试验膜层结构为：G/SnO2/ZnO/Ag（13nm）/NiCr/SnO2。 面电阻值存在±0.2Ω的试验偏差。曲线为手绘。
可以看出 ZnO 层在 5～6nm 时，可以对整个膜层的面电阻改善 35%以上，效果显著。由于氧化锌 厚度超过 3nm 以后，银膜就可以光滑一致的生长起来，所以沉积在其上的膜层的方块电阻能够保持 较低的值，同时我们发现氧化锌的应用同时还可以提高一定的可见光透射率。 2.3 对阻隔层的改良，选用 NiCr 的低值氧化物，可以对膜层的电阻率改善 8%左右，但是该工艺存 在一定的不确定性，在没有在线监测 NiCrOx 的成分时无法进行工艺的重复。
此类膜系为高透系列其光学及辐射率如下可见光透过率tv013可以看出此结构的高透产品已经跟不上现在对建筑镀膜玻璃的要求特别是热学性能要求众所周知影响玻璃热学性能的主要是镀膜玻璃的辐射率值如何在保证透过及颜色变化不大的情况下提高玻璃的辐射率一直是我们研究的重点
应用新材料制备高性能低辐射玻璃
New low emissivity coating based on sputtered materials
对金属材料的电阻率有影响的两个方面：①膜层结构的不连续②膜层表面的粗糙程度[3.4]。因此 我们可以通过优化 Ag 层的微观表面结构来改善 Low-E 镀膜的ε值。这里可有三种途径来优化： 2.1 改善 Ag 层下面的垫底层的介质氧化物表面平整度来提高 Ag 层的电导性。选用 TwimMag 技术制 备的膜层表面是非常光滑的，因此可以制备出折射率较高的介质材料，特别是制备 TiO2。平面靶制 备的 TiO2 折射率 2.3-2.45（±0.05）而旋转靶制备的折射率为 2.4-2.6（±0.05）。 2.2 在垫底介质层与 Ag 层之间增加 ZnO 层，用以改善银层微观表面更光滑，目的是增加银层的导 电性，提高银层的极性及均匀性。同时 ZnO 层有一个最佳厚度，下图（1）为 ZnO 层厚度对同一厚度 Ag 层的面电阻的影响。
作者介绍 王 烁 wangshuo 1978 年 8 月 16 日 男 河北 工程师 硕士 单 位：天津南玻工程玻璃有限公司（TIANJIN CSG ARCHITECTURAL GLASS CO., LTD.） E-mali：wangs@
徐伯永 xuboyong 1979 年 12 月 6 日 男 四川 工程师 学士 单 位：天津南玻工程玻璃有限公司（TIANJIN CSG ARCHITECTURAL GLASS CO., LTD.） E-mali：cedary@
2 Low-E镀膜的银层电阻率的改良
Low-E玻璃的面电阻是决定着镀膜玻璃的辐射率ε值，面电阻与辐射率的关系可以表示为[1.2]：
ε=0.0129·R□-6.7×10-5 R□2
(1)
Ohm
该式适用于在λ＞3μm 的波长范围内方块电阻值非常低的金属膜层，同时计算值有时会有 2% 的偏差。
根据公式（1）要想获得较低的ε值，就要增加金属层（Ag 层）的厚度，但是提高银层的厚度 必定会降低整个膜层的可见光透过。以我司 CES 高透型产品为例 Ag 层厚度大约为 9nm 左右，其面电 阻测量约为 10Ω。我们为了获得ε值=0.05，需要将银层加厚到约为 18nm，而这样透过率会低于 80%， 同时外观颜色不再表现为中性色。
4 结论
Low-E 镀膜产品及产品性能的改良工作还有很多，我们可以通过选用新型的靶材引入到我们的 产品中去。也可对现有的靶材性能进行更深入的研究，从而来改进低辐射镀膜产品。
参考文献 [1] J.Szczyrbowski，A.Dietrich，K.Hartig，Sol.Energy Mater.19（1989） [2] J.Szczyrbowski，A.Dietrich，K.Hartig，Sol.Energy Mater.16 （1986） [3] J.Szczyrbowski，K.Schmalzbauer，J.Phys.F：Met.Phys. 16（1986） [4] A.F.Mayadas，M.Shatzkes，Phys.Rev.B 1 （1970）1382 [5] J.Szczyrbowski，G.Bräuer，M.Ruske，H.Schilling，A.Zmelty Thin Solid Films 351（1999）
表1
可见光透过率 （Tv）
玻面a*值
玻面b*值
面电阻 （R□）
辐射率 （ε）
～80
～2
～7
～9
≤0.13
可以看出此结构的高透产品已经跟不上现在对建筑镀膜玻璃的要求，特别是热学性能要求，众
所周知影响玻璃热学性能的主要是镀膜玻璃的辐射率ε值，如何在保证透过及颜色变化不大的情况
下提高玻璃的辐射率一直是我们研究的重点。
这种物质具有很强的抗腐蚀、抗机械划伤、抗高温的性能，目前往往沉积一层几纳米厚的 Si3N4 作为 最外层膜[5]。
具有高折射率的材料还有 Bi2O3，其真以用在底层介质 层起到减反射的作用，除了这个特性以外它还可以把玻璃表面的水膜或微观缺陷覆盖起来，同时能 遮盖住其他镀膜材料从侧面偶尔能观察到的“红雾”效应。因此底层材料我们也可以选用 Bi2O3。
3 新结构膜层的设计
要想获得较高的可见光透过以及较低的室外面反射，底层的氧化介质层应该选用尽可能高的折 射率。TiO2 这种材料由于具有较高的折射率因此成为 Low-E 膜系设计的首选，但是对于对称膜系设 计，由于 TiO2 这种物质抗机械划伤能力较差而且由于它高折射率其表面的缺陷很容易显现出来。因 此不适合作为最外层使用。而对于不对称膜层设计理论来说要求最外层介质折射率为 1.8 同时底层 介质折射率为 3.2 最佳，我们可以设计以下两种膜层结构：
A．g/ TiO2/ZnO/Ag（13.5nm）/NiCr/ Si3N4 B．g/ SnO2/ZnO/Ag（10nm）/NiCr/ SnO2 此两种结构通过试验比较我们发现，最外层的厚度变化（均变化 5%）相同的情况下，B 结构玻 面颜色波动较 A 结构玻面颜色波动大，因此 B 结构对于大面积磁控溅射生产不易控制。同时 Si3N4
徐伯永 王烁 天津南玻工程玻璃有限公司 天津 301700
摘 要 本文针对目前广泛使用在低辐射镀膜技术中的靶材 ZnO、TiO2 和 Si3N4 对低辐射玻璃辐射率 的影响做了介绍。同时还介绍了一种高性能低辐射镀膜的膜层设计：玻璃/ TiO2/保护层/Ag/保护层 / Si3N4，该膜层设计可以获得较为稳定的光学参数特别是外观颜色。同时膜面的颜色均匀性稳定。 因此这种设计在工业大规模生产中有着重大的意义。 Summery This paper presents the results of the recently developed silver based low emissivity coating on glass with sputtered ZnO、TiO2 and Si3N4.The new layer system comprises: Glass/TiO2/Barrier/Ag/ Barrier/. Experimental measurements show that the optical properties of the developed system are very stable, especially the outside color appearance. At same time the film side optical properties are also very stable. This is of extraordinary interest in the industrial scale mass production. 关键词 大面积镀膜 低辐射镀膜 磁控溅射 Key words Large area coating low emissivity coating Magnetron sputtering
1 常规膜层设计
使用磁控溅射方式制备低辐射镀膜产品以有20多年的应用历史了，最常用的结构是将很薄的金 属层镀制在两层有较高折射率的介质层之间。
z SnO2（ZnO）/ Ag / Barrier（NiCr或Ti）/ SnO2（ZnO） 使用SnO2薄膜做底层材料首先由于其具有较高的折射率同时也被用在最外层主要由于对外界的 化学侵蚀也表现出较强的抵抗能力。但由于其微观结构为柱体多孔结构，对空气中的水和硫化物有 很强的渗透性和扩散效果，从而导致薄膜的耐久性退化。此外，薄膜与薄膜之间，薄膜与基板表面 吸附水分也会减少表面能，表面能的降低使得膜层更易剥落，抗划伤能力减弱。 这里的阻隔层常使用NiCr或Ti等金属主要起到两个作用：保护银层不被下一个步骤氧化同时与 外层氧化物提供更好的结合力。 此类膜系为高透系列，其光学及辐射率如下
面 电 阻 （
）
ZnO 厚度（nm）
图 1 试验膜层结构为：G/SnO2/ZnO/Ag（13nm）/NiCr/SnO2。 面电阻值存在±0.2Ω的试验偏差。曲线为手绘。
可以看出 ZnO 层在 5～6nm 时，可以对整个膜层的面电阻改善 35%以上，效果显著。由于氧化锌 厚度超过 3nm 以后，银膜就可以光滑一致的生长起来，所以沉积在其上的膜层的方块电阻能够保持 较低的值，同时我们发现氧化锌的应用同时还可以提高一定的可见光透射率。 2.3 对阻隔层的改良，选用 NiCr 的低值氧化物，可以对膜层的电阻率改善 8%左右，但是该工艺存 在一定的不确定性，在没有在线监测 NiCrOx 的成分时无法进行工艺的重复。
此类膜系为高透系列其光学及辐射率如下可见光透过率tv013可以看出此结构的高透产品已经跟不上现在对建筑镀膜玻璃的要求特别是热学性能要求众所周知影响玻璃热学性能的主要是镀膜玻璃的辐射率值如何在保证透过及颜色变化不大的情况下提高玻璃的辐射率一直是我们研究的重点
应用新材料制备高性能低辐射玻璃
New low emissivity coating based on sputtered materials
对金属材料的电阻率有影响的两个方面：①膜层结构的不连续②膜层表面的粗糙程度[3.4]。因此 我们可以通过优化 Ag 层的微观表面结构来改善 Low-E 镀膜的ε值。这里可有三种途径来优化： 2.1 改善 Ag 层下面的垫底层的介质氧化物表面平整度来提高 Ag 层的电导性。选用 TwimMag 技术制 备的膜层表面是非常光滑的，因此可以制备出折射率较高的介质材料，特别是制备 TiO2。平面靶制 备的 TiO2 折射率 2.3-2.45（±0.05）而旋转靶制备的折射率为 2.4-2.6（±0.05）。 2.2 在垫底介质层与 Ag 层之间增加 ZnO 层，用以改善银层微观表面更光滑，目的是增加银层的导 电性，提高银层的极性及均匀性。同时 ZnO 层有一个最佳厚度，下图（1）为 ZnO 层厚度对同一厚度 Ag 层的面电阻的影响。